CN109524496A - 一种基于储能温差发电的全时太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，包括：晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构、第二热电转换结构，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构和第二热电转换结构。本全时太阳能电池可实现全天24小时发电；太阳能利用率较传统单晶硅太阳电池提高；结构简单、无活动部件，安装方便，性能影响因素少；本技术将航天高新技术与传统太阳电池技术相结合，产品工艺简单、成本可控。
Description
技术领域
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种利用温差发电的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池应用广泛，已成为未来清能源发展的重要方向。按照材料分类，可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机化合物太阳能电池、敏化纳米晶太阳能电池和聚合物多层修饰电极太阳能电池。太阳电池是以半导体制成，太阳光照射其上表面时，太阳电池吸收太阳光，通过p-n节产生电子(负)和空穴(正)，同时分离电子与空穴形成电压降，经过导线连接至负载就可产生发电效果。
但是，太阳能电池发电转化效率低，需要有效的技术手段提高转化效率。现阶段应用最为成熟也是效果最好的为硅基太阳电池，其中单晶硅发电效果最好。太阳能发电系统在实际应用中,其发电性能受自然环境条件的影响较大,其中系统主要部件—太阳电池组件的工作温度是影响发电系统性能的重要因素之一。研究表明，现有硅太阳电池组件的太阳能发电转化效率仅为13％-17％，太阳辐照能量的60％左右被太阳电池吸收发热，导致太阳电池温度升高，发电功率下降。根据在西宁地区实地测量的结果,夏天时太阳能电池组件背表面温度可以达到70℃,而此时的太阳能电池工作结温可以达到100℃(额定参数标定均在25℃条件下),此时该组件输出功率相较于额定值下降超过了30％。
因此，需要对传统太阳能电池吸收的60％太阳辐照能量进行回收和控制，提高电池发电转化效率。
在提高热能利用方面，现有太阳能电池并未采取相应的技术手段。太阳辐照能量很难从太阳电池上反射出去，考虑结构传热、表面辐射和对流散热等影响，太阳能电池吸收的热能最终以辐射的形式耗散。该部分能量耗散过程与所处环境相关，国内大部分光伏发电厂、太阳能发电设备等在工作期间热量较难耗散，设备将保持较高的温度。当光照不足时热能开始耗散，此时太阳能电池已无法工作。
发明内容
针对本领域太阳能发电产生的热能大部分被浪费的问题，本发明目的在于探索可能的热能利用手段，提出一种基于储能温差发电的全时太阳能电池。
为实现本发明上述目的的技术方案为：
一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，包括：晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构、第二热电转换结构，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构和第二热电转换结构。
其中，所述晶体硅太阳电池片为单晶硅或多晶硅的材质，在晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构之间设置有高导热界面涂覆层，所述高导热界面涂覆层由硅基导热绝缘树脂制成。
其中，所述第一热电转换结构包括第一热电材料，所述第一热电材料为碲化铋。
其中，所述相变储能结构包括相变储能材料，所述相变储能材料为正二十烷、正二十二烷、正二十八烷、正三十二烷中的一种或多种。
其中，所述相变储能材料填充于高导热框架中，所述相变储能材料与所述第一热电转换结构直接接触。
优选地，所述高导热框架以金属材料制成，所述金属材料为铜、率、铜合金、铝合金中的一种。
进一步地，在相变储能结构和第二热电转换结构之间为所述高导热框架的底，在所述第二热电转换结构下方设置有高导热底板，所述高导热底板以金属材料制成，所述金属材料为铜、铝、铜合金、铝合金中的一种。
其中，所述第二热电转换结构包括第二热电转换材料，所述第二热电材料为碲化铋。
进一步优选地，所述相变储能结构的厚度为10～60mm。
其中，所述第一热电转换结构、第二热电转换结构的厚度互相独立地为1～10mm。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将高效热电转换技术、相变温控技术等航天器舱内温控独有的高新技术与传统单晶硅太阳电池相结合，可大幅度提高太阳能电池的转化效率，形成的全时高效太阳储能电池，不仅日间发电能力优于传统单晶硅太阳电池，夜间同样具备发电能力。产品无活动部件、结构简单、重量轻、太阳能转化效率高、24小时全时工作，能够填补现阶段高效、全时太阳电池市场空白。具体地，
(1)本全时太阳能电池可实现全天24小时发电；
(2)太阳能利用率较传统单晶硅太阳电池提高；
(3)结构简单、无活动部件，安装方便，性能影响因素少；
(4)本电池技术将航天高新技术与传统太阳电池技术相结合，产品工艺简单、成本可控。
附图说明
图1为本发明的全时太阳能电池的结构示意图；
图中，1为晶体硅太阳电池片，2为高导热界面涂覆层，3为第一热电转换结构，4为相变储能结构，5为高导热框架，6为第二热电转换结构，7为高导热底板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，如无特殊说明，所使用的方法均为本领域常规的方法。
实施例1
参见图1，一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，包括：晶体硅太阳电池,1、第一热电转换结构3、相变储能结构4、第二热电转换结构6，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片1、第一热电转换结构3、相变储能结构4和第二热电转换结构6(以朝向阳光的一面为上)。
本实施例中，晶体硅太阳电池片1为单晶硅制成，在晶体硅太阳电池片1、第一热电转换结构之间设置有高导热界面涂覆层2，所述高导热界面涂覆层由硅基导热绝缘树脂制成。
所述第一热电转换结构3包括第一热电材料，所述第一热电材料为碲化铋，工作温度为20-100℃，厚度为6mm。
所述相变储能结构4包括相变储能材料，所述相变储能材料为正二十烷。相变温度为20-60℃可控，厚度为30mm。
所述相变储能材料填充于高导热框架5中，所述相变储能材料与所述第一热电转换结构直接接触。本实施例中，高导热框架5以铜制成。在相变储能结构4和第二热电转换结构6之间为所述高导热框架的底，在所述第二热电转换结构下方设置有高导热底板7，该高导热底板以铜制成。
所述第二热电转换结构6包括第二热电转换材料，所述第二热电材料为碲化铋工作温度为10-50℃，厚度为7mm。
本电池的工作原理为：
日间，太阳辐照硅太阳电池上表面硅太阳电池产生电力输出，同时吸收太阳能自身温度升高。高温硅太阳电池温度通过高热导界面层传递到热电转换结构上表面，使得第一热电结构上下表面产生温差，热电转换结构启动产生电能输出。穿过热电转换结构的表面热流进入相变储能结构，相变储能结构温度升高触发相变存储传导进来的热量。同时，通过相变储能材料的储能，控制热电温控结构和硅太阳电池温度于较低的范围。夜间，硅太阳电池停止工作，周围环境温度下降，触发相变温控材料释放日间储存的热量，驱动第二热电结构开始工作并输出电能。
具体本实施例中，对于面积16cm2大小的太阳能电池板，安装本全时太阳能电池，日间发电功率提高42％，夜间平均发电功率为日间发电功率20％。
实施例2
一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，包括：晶体硅太阳电池1、第一热电转换结构3、相变储能结构4、第二热电转换结构6，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片1、第一热电转换结构3、相变储能结构4和第二热电转换结构6(以朝向阳光的一面为上)。
本实施例中，所述晶体硅太阳电池片为单晶硅制成，在晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构之间设置有高导热界面涂覆层2，高导热界面涂覆层2由硅基导热绝缘树脂制成。
第一热电材料为碲化铋，工作温度为20-100℃，厚度为4mm。所述相变储能结构包括相变储能材料，所述相变储能材料为正二十二烷，厚度为20mm。
所述相变储能材料填充于高导热框架5中，所述相变储能材料与所述第一热电转换结构直接接触。本实施例中，所述高导热框架以铜制成。在相变储能结构4和第二热电转换结构6之间为所述高导热框架的底，在所述第二热电转换结构下方设置有高导热底板，所述高导热底板以铜制成。
第二热电转换结构6包括第二热电转换材料，所述第二热电材料为碲化铋，厚度为4mm。
其他设置同实施例1。
实施例3
一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，包括：晶体硅太阳电池1、第一热电转换结构3、相变储能结构4、第二热电转换结构6，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片1、第一热电转换结构3、相变储能结构4和第二热电转换结构6(以朝向阳光的一面为上)。
本实施例中，所述晶体硅太阳电池片为单晶硅制成，在晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构之间设置有高导热界面涂覆层2，高导热界面涂覆层2由硅基导热绝缘树脂制成。
第一热电材料为碲化铋，工作温度为20-100℃，厚度为8mm。所述相变储能结构包括相变储能材料，所述相变储能材料为正二十八烷。厚度为50mm。
所述相变储能材料填充于高导热框架5中，所述相变储能材料与所述第一热电转换结构直接接触。本实施例中，所述高导热框架以铜制成。在相变储能结构4和第二热电转换结构6之间为所述高导热框架的底，在所述第二热电转换结构下方设置有高导热底板，所述高导热底板以铜制成。
所述第二热电转换结构6包括第二热电转换材料，所述第二热电材料为碲化铋，厚度为10mm。
其他设置同实施例1。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，包括：晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构、第二热电转换结构，从上向下依次设置所述的晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构、相变储能结构和第二热电转换结构。
2.根据权利要求1所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳电池片为单晶硅或多晶硅的材质，在晶体硅太阳电池片、第一热电转换结构之间设置有高导热界面涂覆层，所述高导热界面涂覆层由硅基导热绝缘树脂制成。
3.根据权利要求1所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述第一热电转换结构包括第一热电材料，所述第一热电材料为碲化铋。
4.根据权利要求1所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述相变储能结构包括相变储能材料，所述相变储能材料为正二十烷、正二十二烷、正二十八烷、正三十二烷、中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述相变储能材料填充于高导热框架中，所述相变储能材料与所述第一热电转换结构直接接触。
6.根据权利要求5所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述高导热框架以金属材料制成，所述金属材料为铜、铝、铜合金、铝合金中的一种。
7.根据权利要求5所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，在相变储能结构和第二热电转换结构之间为所述高导热框架的底，在所述第二热电转换结构下方设置有高导热底板，所述高导热底板以金属材料制成，所述金属材料为铜、铝、铜合金、铝合金中的一种。
8.根据权利要求1～7任一项所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述第二热电转换结构包括第二热电转换材料，所述第二热电材料为碲化铋。
9.根据权利要求1～7任一项所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述相变储能结构的厚度为10～60mm。
10.根据权利要求1～7任一项所述的基于储能温差发电的全时太阳能电池，其特征在于，所述第一热电转换结构、第二热电转换结构的厚度互相独立地为1～10mm。
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